鶴壁市職業技術學院圖書館閱覽空間天然光環境實測研究

陶郅 張楊 /TAO Zhi，ZHANG Yang

1 引言

良好的自然采光，不僅增加使用者的視覺舒適性，還有利于提高其工作效率，也是圖書館的核心功能空間——閱覽空間使用效果評價的重要因素之一。

近些年，隨著什寒村旅游開發項目的推進，在國內已經形成一定的知名度，有不少游客在網上看到什寒村的宣傳而到什寒來旅游，但是沒找到什寒村的官網，沒有具體的引導路線圖，游客只能通過沿路詢問找到什寒村。從旅游營銷的角度來看，仍然沒有建立起有效的宣傳與推廣機制，宣傳效果不理想。

???邁克爾·H．亨特:《意識形態與美國外交政策》，褚律元譯，世界知識出版社1999年版，第122～123、124、120頁。

圖書館閱覽空間的自然采光形式主要分為側窗采光與頂窗采光。側窗采光多適用于面向外部環境、進深淺的空間形式，而頂窗采光多結合進深較大的建筑內部的中庭空間進行設置。中庭形式多樣，有核心式、嵌入式、內廊式、邊庭式等的基本形式，也有以并聯、相交、相離在立體空間中或均質或異質布局的復合中庭。圖書館閱覽空間自然采光的優劣，不僅關乎空間的演繹，更影響著使用者的視覺舒適度，同時也與環境熱舒適度與能源消耗等方面相關。

鶴壁市職業技術學院圖書館閱覽空間主要采用了分層的南側窗采光、結合邊庭的北側窗采光，以及由分散的小中庭散布于各樓層組合的復合式中庭的頂部采光。本文通過實測其室內自然采光，進行光環境的氣候適應性分析研究。

2 研究方法

2.1 實測對象

對比圖9、10和表3、4可看出，Ⅲ軸中部閱覽空間的DF、DFave均遠低于同層的Ⅱ軸，分析原因為Ⅲ軸北面為實墻，且無中庭頂部采光，其照度值普遍低于50lx，無法達到建筑采光系數的設計標準值，必須借助人工照明。Ⅲ軸南部閱覽空間的DF、DFave逐層遞減，而Ⅱ軸逐層增大，近窗處照度值在95lx-1450lx，距外窗5m范圍內大部分高于450lx，除Ⅲ軸4層外，均達到采光系數標準。

對教師來說，預制性詞塊教學法無疑為雜亂性和繁復性比較強的外語教學提供了一個串聯起各個教學模塊的媒介。通過預制性詞塊教學，詞匯教學、口語教學、寫作教學、拓展教學得以連接起來，其中以詞匯教學作為基礎支撐口語教學和寫作教學，而拓展教學則令這三種教學得以進一步完成廣度和深度上的延展，連接起這四種教學的預制性詞塊教學不僅優化了它們的教學能效，令它們產生了結構系統共性，而且自身的應用能效和應用練習也得到了保障。[6]可以說，教師能夠利用預制性詞塊教學構建一個相對完整的外語教學體系，實現外語教學的科學化、系統化。

圖書館建筑面積約為26 800 m2，共5層，建筑為正南北朝向，南臨城市道路與綠化帶，北臨主教學建筑樓群，四面均無遮擋。圖書館南北面寬為123m，南立面平直，主要設置距外墻面600mm的1200×1200mm的方形中懸窗，其間穿插有多種更大尺寸的玻璃幕墻；北立面由西向東逐級退后，西立面長63m，東立面長39m，北部閱覽為逐層后退通高空間，設置距外墻3000且貫通5層的玻璃幕墻。開放式閱覽空間主要分布于2～4層，層高4.5m，室內采用分散式復合中庭，閱覽空間均勻分布于北側、中庭四周及南側近窗位置，與開放式書架有機相間布置。部分中庭采用玻璃天窗，可獲得頂部采光（圖1～6）。

圖1 北面

圖2 南面

圖3 南側窗細部

圖4 北閱覽空間

圖5 南閱覽空間

圖6 分散式復合中庭

2.2 實測方案

實測時間分別為2016年的9月20日、21日（秋分，過渡季）和12月22日、23日（冬季，冬至日），測試當天均為多云至陰天氣，22日有霾。使用型號JTG01的手持式數字照度計，動態范圍為0.1～100000lx，數據采集間隔為5min。依據《采光測量方法（GB/T5699-2008）》分別進行定點的逐時日照實測與定時的各點日照實測對比，測點布置如圖7，測點高度為實際工作臺面0.75m，圖中紅、黃色區域代表中庭，其中，紅色區域為上層中庭看線，黃色區域表示有頂部采光。

2.3 采光性能評價標準

依據《建筑采光設計標準（GB 50033-2013）》中對采光標準要求和《圖書館建筑設計規范（JGJ38-2015）》表7.2.1，圖書館閱覽空間的天然采光標準值如下表1。

依據《采光測量方法（GB-T 5699-2008）》可進行采光系數、采光系數平均值和采光均勻度的計算。

該圖書館在夏至日和冬至日的正午太陽高度分別是77.36°和30.84°。圖13顯示了南部側面與中庭頂部在夏至日和冬至日正午時分的采光情況。南側窗均距外墻面600 mm，夏至日正午陽光可被完全遮擋，冬至日可射入部分直射光；3層通高中庭頂部為全玻璃屋頂，中庭周邊閱覽區域的自然光線充足。

比如案例1是純初中幾何知識，學生可以借助工具操作探究，從直觀感知到抽象推理；案例2學生可以在紙上畫圖、觀察，甚至根據“直角三角形斜邊上中線等于斜邊一半”就能直接得到點運動的路線，這都是初中學生可接受、能自主完成的問題.但縱觀一些初中數學題，人為拔高要求的現象并不鮮見.如案例3本質上是“定弦定角”問題，遠遠超出課程標準要求.案例4雖然是數學閱讀理解探究問題，但是解析味很濃，命題者打了“擦邊球”，這樣的現象并不是個案，要引起初中數學教師包括命題者的警惕，動點運動問題的試題命制和教學必須嚴格依標據本，尊重學生認知.

min與采光系數平均值DFave的比值。

對各層Ⅱ軸線和Ⅲ軸線的各點實測，對比分析不同樓層的南、北向側面采光和頂部采光。圖8為9月20日11:00各層Ⅱ軸線的實測分析，室外照度值為26.1klx，2、3層北閱覽空間近窗采光照度能達到450lx以上；10～14測點為建筑中庭頂部采光位置，照度最大值達5400lx，但衰減較快，中庭周邊閱覽空間達到采光照度標準值的區域不多，主要位于4層，2、3層的照度仍普遍低于300lx；南閱覽空間的采光系數部分達到標準。

圖7 實測2層平面及布點位置

表1 BREEAM不同類別建筑權重

窗地面積Ac/Ad比DFave與之間存在近似線性的關系，不同空間形式的房間，對應不同的窗地比。但當窗地比大于1/8或1/10時，其對DFave的影響作用變小，如在墻地面放射系數為0.4的房間中，Ac/Ad由1/6提升1倍至1/3，僅增加0.6。但改變窗頂高度，對DFave則會有明顯的影響。因此，合理的窗地比與開窗設計是提高自然光利用性能的有效手段。

圖16為2層A、B、C點的照度對比。A、B、C點分別距窗4m、8m、12m，A點上空，A、B點照度值接近，曲線隨室外實時天氣狀況波動較大，日照大部分時段在450lx以上；而C點曲線隨室外實時照度變化而變化的波動較小，普遍低于300lx；說明超出了一定范圍，距窗越遠，照度衰減越明顯。

3 實測數據分析

3.1 閱覽空間的各自然采光類型比較分析

因側面采光的照度變化過大，不可能做到均勻，所以采光均勻度并未規定標準；頂部采光的均勻度不宜低于0.7，其依據的是主觀評價及理論計算的結果，在設計中保持相鄰兩天窗中線間距不宜大于參考平面至天窗下沿高度的1.5倍。

圖9為12月22日11:00各層Ⅱ軸的實測分析，此時室外照度為13.6klx。此次實測將原本4m的布點間距，細化為8m柱距的3等分，同時補充了Ⅲ軸上同一時刻的各層布點實測對比（圖10），布點為圖7中1～23和5'～23'。實測結果顯示2、3層南、北閱覽空間近窗處采光照度均能達到450lx以上，且北部照度隨窗距的衰減較南部更為平緩，可利用自然采光的閱覽區域進深大；中庭照度的最大值為1030lx，曲線走勢與圖8相同。

對于農戶而言，家庭是其組織生產的基本單位。如果在生產決策角度，將農戶的非農就業與農地經營看做是農戶成員選擇個人從事何種工作的專業化水平問題，那么，在家庭收益或者說效用最大化的理性假設下，這種成員決策在農戶家庭層面所最終形成的專業化水平的基礎便是盡可能地利用家庭內部成員的分工比較優勢。由此，可以將農戶的非農就業決策函數表達為Y=F(X1，X2，…，Xn)，其中X1反映的是農戶家庭內部的分工比較優勢。無疑，值得肯定的是，已有研究根據家庭聯合決策的理論啟示，將家庭內部分工主要是男女之間的性別分工，成功融入非農就業與農地流轉的考察之中。②

本研究對象位于河南省鶴壁市，東經114.17°，北緯35.9°，屬于光氣候分區Ⅲ類，有充足的自然光照條件，年日照時數1787.2～2566.7h，本區天然光年平均總照度為35klx，室外天然光設計照度值Es為15klx，光氣候系數k取1。

“?；~塘”是一種挖深魚塘、墊高基田、塘基植桑、塘內養魚的充分利用土地的高效人工生態系統.利用平溪江水源條件推廣“?；~塘”，在促進絲蠶生產的同時發展養魚業.

結合圖8～11，表2～5可看出，南側閱覽空間的、變化較大，但與空間、進深、中庭等均無關聯，并無規律性，其變化區間為0.14%～14.6%，變化區間為0.95%～5.11%，總平均高于中部空間，與北側接近。其變化主要取決于窗戶的不同尺寸形式和排布方式。圖書館閱覽空間的南側窗主要為1200mm×1200mm的方形中懸窗，及2700mm×2800mm和4200mm×4200mm的玻璃幕墻，距外墻均為600（圖12）。

20世紀60年代以來，世界各國經濟迅速恢復和發展，博物館和美術館建設進入空前高潮。一方面物質水平和生活方式的變化對博物館和美術館的功能提出了新的要求；另一方面人類學、社會學、政治學等多種學科對“人”的關注不斷深入，博物館和美術館在各種學科尤其是社會學的影響下也開始思考自身的社會角色。1971年國際博物館協會將“為民眾服務的今天和明天的博物館”作為會議主題，指出博物館應為所有民眾服務，同時適應持續變化的社會。1995年，美國博物館協會又發表了《新視界：改變博物館的方法》，督促美國博物館改進其機構，改造其內部文化，使之更親和于公眾和消費者，為更廣泛的社會階層提供更好的服務、更多的教育項目。

圖8 各層Ⅱ軸線照度實測（9月20日11:00）

圖10 各層Ⅲ軸照度實測（12月22日11：00）

圖9 各層Ⅱ軸照度實測（12月22日11：00）

圖11 2層Ⅰ—Ⅵ軸各點采光實測（9月20日14:00）

30.670

圖12 南立面

經計算，北側為通高的全玻璃幕墻，單柱跨單位樓層的窗洞面積約為36 m2，而南側單柱跨單位樓層的窗洞面積取平均值為17.7m2。因圖書館進深較大，且中部有少部分區域有頂部采光，若可分區域計算窗地比，則北側閱覽空間的窗地比約為1/3.55，南側閱覽空間的窗地比為1/4.95，均滿足側面采光的窗地面積比的設計標準。

圖11為Ⅰ至Ⅶ軸線上9月20日14:00同層各軸線各點實測，此時室外照度為22.7klx，對比相同采光形式在不同進深、不同中庭形式的采光效果，以及不同采光形式的對比。北側、穩定，各軸線數值均接近，照度在450lx以上、大于3的可利用自然采光閱讀區域的進深較大，均勻度較好。中部有無頂部采光中庭則采光效果差距明顯，、浮動較大。有頂部采光的區域，大部分高于標準值為2%，照度在300lx以上；無頂部采光則有無中庭并無太大區別，均遠低于標準值。

3.2 北側閱覽空間的各層及各點自然采光分析

其次，通過持續一段時間內的多個定點實測，可分析某一區域動態的采光情況并進行點與點的比較分析，如圖7和圖13中的A、B、C各點。圖14和圖15分別為9月21日和12月22日兩次實測中各層C點的對比?？梢钥闯鯟點照度值3層最大，2層次之，4層最??；晴朗的過渡季白天在16:00以前，3層照度值可達450lx，該區域可無需借助人工照明，4層照度則一直低于450lx；而陰天有霾的冬至日正午時段，3層C點的照度值在300lx～450lx，可依據讀者個體感受決定是否借助人工照明，而2層、4層均遠低于閱讀所需照度，建議使用人工照明。

表2 各層Ⅱ軸線各點及各閱覽空間區域的采光分析（9月20日11:00）

表3 各層Ⅱ軸線各點及各閱覽空間區域的采光分析（12月22日11:00）

表4 各層Ⅲ軸線各點及各閱覽空間區域的采光分析（12月22日11:00）

采光系數平均值DFave（%）采光均勻度U 2F 3F 4F 2F 3F 4F中部閱覽空間 0.09 0.06 0.02 0.31 0.56 0.21南側閱覽空間 4.90 3.07 0.31 0.21 0.45 0.22

表5 2層Ⅰ—Ⅵ軸各點及各閱覽空間區域的采光分析（9月20日14:00）

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圖13 建筑剖面、布點位置及冬至日、夏至日南側采光分析

圖14 3層C點和4層C點照度實測對比（9月21日14:30-16:00）

圖15 12月22日各層C點照度實測比較

圖16 2層A、B、C各點照度實測比較（12月23日）

3.3 采光中庭周邊閱覽空間的自然采光比較分析

2層采光中庭周邊各點的實測，于12月22日11:45和15:00兩個時間點進行（圖17），其室外照度值分別為14.5klx和8.1klx，可分析比較矩形中庭天光周邊各方向的差異，研究小中庭天光的利用與改進，布點如圖7中D～L'各點。

由圖17和表6可看出，自然采光對中庭北側的閱覽空間采光影響明顯，在中午時分，遠高于450lx；西側閱覽空間照度呈現出由北至南的衰減；而中庭東側和南側的閱覽空間卻基本低于450lx，需要借助人工照明輔助。但其采光系數DF除中庭南側多大于頂部采光系數標準值2%，基本達到頂部采光設計要求。

3.4 綜合評價及成因分析

北面采光系數、逐層遞減，除2層外，3、4層均低于南面，主要原因有：南面的閱覽區域進深小，約為11.0m；北面的閱覽區域進深大，約為16.0m，且逐層退臺形成通高空間（圖13）；3層距北側外窗5.4m，4層距外窗9.0m，隨距外窗的距離逐層增大，導致采光系數逐層遞減。

頂部采光的中庭區域，采光系數普遍高于標準值為2，且逐層增大，變化明顯，但中庭周邊照度銳減明顯，均勻度差。無采光的中庭部位則對于大進深的建筑中部自然采光狀況無任何改善作用。

南側閱覽空間各層均為單層空間，采光系數與樓層無明顯的相關性，而主要取決于窗戶的不同形式。窗戶尺寸上的變化，及分布的疏密，決定了各空間的自然采光系數。玻璃幕墻的采光效果明顯優于等面積的方窗均布組合，說明窗的形式對采光效果的影響，同時，玻璃幕墻也給人視野更開闊的心理感受；未滿鋪的情況下，同面積的小方窗分布于墻面中上方，在采光系數和采光均勻度上，均優于下方；而中懸窗在高度上的設置對使用的舒適度、方便性上的考慮，還有待進一步斟酌。

通過冬至日與過渡季的實測對比分析（表2、3），北閱覽區域各點的采光系數、采光系數平均值與采光均勻度U較為接近，說明其采光性能穩定，隨季節更替變化不大；冬至日3層、4層中部閱覽空間的、小于過渡季，且、隨樓層提升變得較為平緩，采光均勻度U較過渡季有所提高。建筑的進深較大，中部區域遠離側面采光，主要依賴中庭天光獲得自然采光，其對比結果說明頂部采光對季節的變化敏感，對中部閱覽空間的影響較大。南閱覽區域冬至日、各層變化值大于過渡季，采光均勻度U均低于過渡季。

圖17 采光中庭周邊各點實測（lx）

表6 2層采光中庭周邊各點的采光分析（12月22日11:45和15:00）

4 結語

綜上，通過對鶴壁市職業技術學院圖書館建筑設計實踐中南、北閱覽區域不同的空間模式、建筑界面下的側面采光以及復合式中庭的頂部采光的實測，進行了量化分析，其實測結果符合預期效果。側面采光隨建筑進深增大而衰減明顯，與樓層無明顯相關性，主要取決于窗戶的不同形式與分布位置；玻璃幕墻的采光效果優于等面積的方窗均布組合；未滿鋪的情況下，同面積的小方窗分布于墻面中上方，在采光系數DF和采光均勻度U上，均優于下方。北側多為漫射光，比南側采光的穩定性高，更適合閱讀；同時，結合通高邊庭設計側面采光，不僅豐富了閱覽空間，還可大大提升采光進深，增大閱覽區域。頂部采光隨樓層變化明顯，中庭區域的采光系數普遍高于標準值為2，但中庭周邊照度銳減明顯，且中庭北側、西側采光系數較高，南側次之，東側則略低于采光系數標準，對結合中庭的閱覽空間設計有一定的指導意義。該圖書館設計是對光環境氣候適應性有意義的一次嘗試，對閱覽空間占重要比重的圖書館設計而言，有一定的借鑒作用。